600℃循环热处理对TA31和TC4ELI钛合金显微结构及力学性能的影响

采用光学显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)和室温拉伸、冲击实验,研究了600℃循环热处理对TA31、TC4ELI钛合金组织和力学性能的影响。结果表明,经过6次循环热处理后,TA31和TC4ELI的屈服强度、抗拉强度均略微增加;冲击韧性则明显下降,且TA31变化幅度更大。循环次数增加到11次后,二者强度稍有降低,冲击韧性并未进一步恶化。伸长率在循环热处理前后无明显变化。热处理过程中无α2相析出对于循环热处理的TA31和TC4ELI钛合金,亚稳定β相的分解及细针状α相的长大是TA31和TC4ELI性能变化的主要原因。

ICP-OES测定TA31钛合金中化学成分的4种不同酸体系样品制备方法比较分析

对ICP-OES测定TA31钛合金中铝、铌、锆、钼、铁、硅6种元素含量的硫酸-硝酸、氢氟酸-硝酸、氢氟酸-硫酸-硝酸和盐酸-氢氟酸-硝酸4种不同酸体系样品制备方法的试剂用量、处理温度和制备时间进行了比较,并对4种样品制备方法对应的检测方法的灵敏度、检出限、精密度、准确度等性能指标进行了比较分析。结果表明,氢氟酸-硝酸体系下的试剂用量最小,盐酸-氢氟酸-硝酸体系下的试剂用量最大,此两种样品制备方法均在常温下进行,无需加热,溶解时间较短;4种样品制备方法对应检测方法的灵敏度按照硫酸-硝酸、氢氟酸-硫酸-硝酸、盐酸-氢氟酸-硝酸、氢氟酸-硝酸的顺序依次升高;检出限和定量限基本一致;铝、铌、锆、钼、铁5种元素在4种制备方法下均可得到一致的检测结果,准确度和精密度整体上良好,氢氟酸-硫酸-硝酸制备方法下精密度略差;硫酸-硝酸和氢氟酸-硫酸-硝酸制备方法下,硅测定结果的精密度和准确度较差,不适合硅含量的测定。

应力三轴度对TA31钛合金失效行为的影响研究

TA31钛合金由于其塑韧性高、可焊性好等优点,已成为深海装备的优先选用材料之一。本文以TA31钛合金为研究对象,首先开展典型钛合金试件的断裂性能试验,分析应力三轴度等参量对TA31钛合金断裂性能的影响规律,借助扫描电镜对试件的断后形态进行断口分析,阐明TA31钛合金在复杂应力状态下的断裂失效机理。然后,在Johnson-Cook模型中引入平均应力三轴度参数的影响,形成计及应力状态参量影响的本构关系模型,通过试件试验数据进行模型参数校准,建立适用于复杂应力状态下的TA31钛合金塑性硬化模型,并将该模型扩展应用于深潜器耐压球壳结构极限承载能力的评估中。本研究可为深海装备钛合金结构设计与评估提供研究基础。

轧制温度对TA31钛合金热轧板材组织与性能的影响

利用真空自耗电弧炉和电子束冷床炉熔铸了Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo(TA31)合金扁锭,通过铸锭免锻造直接轧制工艺制备了热轧板材,研究了不同轧制温度(900、950和1000℃)对板材组织演变和力学性能的影响及机理。结果表明,TA31合金扁锭为魏氏组织,主要由片层状α集束和少量β晶界组成。在900℃轧制后板材主要由条带状α相和少量β转变组织组成。当轧制温度升高至950℃时,条带状α相转变为等轴α相,少量β相分布在晶间。当轧制温度进一步升高至1000℃时,部分等轴α相转变为β相,轧后冷却,组织由等轴α相、片层状和针状α相及少量β转变组织组成。随轧制温度的升高,板材抗拉强度和屈服强度下降,而断后伸长率和冲击吸收能量逐渐增大,断口形貌由韧性断裂逐渐变为微孔聚集型断裂。综合分析表明,短流程直接轧制工艺制备TA31合金板材的适宜热轧温度为950℃左右,此时抗拉强度、屈服强度、断后伸长率和冲击吸收能量平均值分别为978 MPa、831 MPa、13%和53 J。

不同热处理制度对TA31合金组织和力学性能的影响

研究了不同热处理制度(固溶时效,退火)对TA31合金微观组织和力学性能的影响。采用OM、TEM、SEM研究了其微观组织形貌,采用拉伸试验机测试了拉伸性能。结果表明:在相变点之下依次选取不同固溶温度(920、940、960、980℃)对TA31合金试样进行固溶+时效工艺处理,当固溶温度低于960℃时,时效后的强度随固溶温度升高而增大;当固溶温度大于960℃后,强度降低;αkv值随固溶温度升高而增大。试样固溶时效态的拉伸强度高于试样退火态的强度。TA31合金随着固溶温度的升高,初生α相含量减少,且组织中存在等轴初生α相+β转内细小的针状次生α相。

铸坯斜轧穿孔制备大口径TA31钛合金无缝管材

用真空自耗电弧炉+电子束冷床炉熔铸TA31钛合金(Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo)圆锭,通过铸坯直接斜轧穿孔制备出?538 mm×30 mm大口径无缝管,研究不同退火温度(850、900、950℃)对无缝管组织演变、织构和力学性能的影响。结果表明:铸坯直穿无缝管材表面质量良好,外径尺寸精度高但壁厚偏厚;轧制态无缝管为变形的魏氏组织,主要由片层状α相集束和晶界α相组成,退火处理后片层状初生α相减少,原始β相晶界部分溶断,组织逐渐均匀化并转变为网篮组织和魏氏组织的结合体;宏观织构以基面(0001)织构为主,随退火温度升高,织构锐利程度先增后减,而管材抗拉强度与屈服强度小幅增加,但塑性不变,适宜退火温度约为900℃,此时抗拉强度、屈服强度和伸长率平均值分别为892、825 MPa和11%。

室温高应变率下钛合金TA31流动应力响应行为及本构模型研究

室温下,通过UTM5305万能试验机、ALT1000剖分式Hopkinson压杆装置,对钛合金TA31进行了准静态压缩、动态冲击试验。基于试验获得的应力-应变曲线,探讨了其应变硬化效应、应变率强化效应和绝热温升软化效应。依据钛合金TA31所呈现的流动应力响应行为特征,建立了一种新型J-C本构模型,该模型考虑了应变、应变率间的耦合作用和绝热温升对其流动应力的影响。将本构模型计算值与试验值进行对比分析,并借助相关系数(R)、平均相对误差(AARE)两个统计参数,评估了所建立的本构模型预测精度。R和AARE分别为0.988 7、0.63%,结果表明,所建立的新型J-C本构模型能够较准确地描述钛合金TA31的流动应力响应行为。

TA31合金磁控窄间隙TIG焊接接头组织和性能研究

为解决TA31钛合金窄间隙焊接过程中的侧壁不熔合问题,开展了磁控电弧摆动对侧壁润湿机理的研究,成功完成42 mm厚TA31钛合金厚板的焊接,并对焊接接头的微观组织和力学性能进行了测试分析。结果表明:磁控电弧摆动有助于改善液态熔体对侧壁的润湿性,获得凹面坡口。润湿性的提高主要是由于电弧摆动改变了熔池与侧壁之间的温度梯度,并且摆动电弧利用电弧压力和电弧剪切力推动熔池向侧壁流动。对42 mm厚的TA31钛合金接头进行组织分析发现,打底层由于热输入较低,宏观组织为等轴β晶粒;填充层及盖面层的热输入相对较高,为粗大的柱状β晶粒。这是由多层焊接过程中原始β晶粒竞争生长机制和外延生长机制导致的。β晶粒内部由纵横交错的针状α相组成,属于典型的网篮组织;打底层受热循环影响,α相明显粗化。焊缝区平均冲击吸收能量为55 J,约为母材的74%;热影响区平均冲击吸收能量为62 J,约为母材的84%。磁控窄间隙焊接技术可以解决侧壁不熔合问题,从而获得组织和综合力学性能良好的TA31钛合金接头。

TA31钛合金焊接接头疲劳性能评估

钛合金是深海大型载人运载平台的常用材料,其焊接部位的疲劳性能不容忽视。本研究针对国产TA31钛合金对接接头和承载十字接头开展疲劳试验,用热点应力法对其疲劳强度进行评定。采用国际焊接协会推荐的方法进行数据处理,分别做出名义应力和热点应力的S-N曲线并进行对比。在此基础上引入缺口应力法,考虑板厚对焊接接头疲劳性能的影响,并提出板厚修正的公式,可为钛合金结构的疲劳评估和抗疲劳设计提供参考。

大厚度TA31合金窄间隙焊接和电子束焊接对比研究

进行了40 mm厚TA31合金窄间隙焊接和电子束焊接试验,实现了无缺陷焊接,并对比分析了两种接头组织性能。结果表明,窄间隙焊接接头宽13 mm,接头上下部组织均匀,焊缝区为粗大柱状晶,热影响区组织与焊缝类似;电子束焊接接头宽6 mm,接头上下部组织差异明显,焊缝区上部为粗大柱状晶,下部为等轴晶。上部热影响区出现片层α相,下部热影响区与母材类似。窄间隙焊接接头显微硬度峰值在热影响区,电子束焊接接头峰值在焊缝区。窄间隙焊接焊缝冲击值大于电子束焊接的,热影响区冲击值小于电子束焊接的;电子束焊接下部接头冲击值大于上部接头的。

电子束冷床炉熔炼TA31钛合金过程中元素的挥发损失

采用电子束冷床炉熔炼TA31合金圆锭,对其化学成分和熔炼工艺进行对比分析。发现熔炼速度显著影响铸锭轴向成分的稳定性,铸锭轴向Al含量随熔炼速度的增加而升高,反之亦然;减小熔炼速度波动可提高铸锭中Al含量的稳定性;Nb、Zr、Mo元素在轴向和径向分布均匀。试验检测结果和动力学分析均表明,Nb、Zr、Mo元素挥发量可忽略,由于Ti和Al元素的挥发,导致其含量略有升高。

退火温度对TA31钛合金大口径无缝管组织与性能的影响

利用真空自耗电弧炉+电子束冷床炉熔铸了Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo(TA31)钛合金圆锭,通过铸坯直接斜轧穿孔制备出Ф178 mm×12 mm大口径无缝管,研究了不同退火温度(800、850、900、950℃)对TA31钛合金组织演变和力学性能的影响。结果表明:轧制态无缝管为变形的魏氏组织,主要由片层状α相集束和原始β相晶界组成;退火处理后,片层状初生α相减少,原始β相晶界消失,组织逐渐均匀化,但当退火温度超过900℃后,α相集束粗化并转变为网篮组织;随退火温度的升高,抗拉强度与屈服强度先略微降低后缓慢增大,而伸长率呈先增大后减小趋势,断口形貌由韧性+准解理混合型断裂逐渐变为韧性断裂再转变为韧性+准解理混合型断裂。综合分析认为,短流程制备的TA31钛合金大口径无缝管适宜退火温度为900℃左右,此时抗拉强度、屈服强度和伸长率平均值分别为873 MPa、785 MPa和12.8%。

650℃时效对TA31钛合金组织与性能的影响

对TA31钛合金进行650℃时效处理,分析了固溶后不同制度650℃时效TA31钛合金的显微组织,并进行了拉伸及夏比冲击试验,研究了不同时效工艺对TA31钛合金强度、塑性、冲击韧性及试样断口形貌的影响。结果表明:650℃时效后,固溶态TA31钛合金中的针状马氏体α'和亚稳态β相发生分解,生成弥散稳定的α+β相,提高了TA31钛合金的强度。退火态、淬火态、时效态的TA31钛合金断后伸长率及断面伸缩率变化不大,均具有良好的塑性。退火态TA31钛合金冲击韧性最高,940℃固溶后降低,再经650℃时效后未发生显著变化。

TA31铸造钛合金材料的组织与性能

研究了TA31铸造钛合金材料在不同状态下的微观组织及力学性能,并对热等静压和退火状态的力学性能进行了分析。经试验及批量铸件实际应用表明,TA31钛合金铸造性能稳定,抗拉强度≥877MPa,屈服强度≥754MPa,伸长率≥10.5%,断面收缩率≥14%,完全满足使用要求。

弛豫型铁电陶瓷(1-x)Pb(Sc_(1/2)Ta_(1/2))O_3-xPbTiO_3研究进展

钽钪酸铅陶瓷具有优良的介电、压电和铁电性能,但烧成温度高、居里点较低。为降低钽钪酸铅陶瓷的烧结温度并提高其居里点,人们合成了钽钪酸铅-钛酸铅(简称PSTT)材料体系。该文综述了弛豫型铁电陶瓷PSTT体系在相图与结构、制备和性能等方面的研究进展,探索了一种合成PSTT陶瓷新工艺,介绍了PSTT材料体系的重要应用领域。

轧制复合制备TA1/AZ31B/TA1层状复合材料组织与性能研究

本文通过轧制复合法制备了TA1/AZ31B/TA1层状复合材料,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和电液压伺服疲劳试验机等测试方法分析研究了复合材料的界面、显微组织、应力-应变曲线及拉伸断口形貌。结果表明:轧制复合后,其结合界面呈波浪状,且在TA1层次表面有裂纹出现;经5道次轧制后,AZ31B挤入裂缝中,TA1侧表面层镶嵌在AZ31B基体中,并发生断裂并破碎,界面结合具有机械啮合特性。在轧制复合首道次后,TA1层组织变化不明显,AZ31B层组织明显细化,分布极不均,且发生了动态回复与再结晶;轧制5道次后,TA1层组织沿轧制方向呈流线型纤维组织,AZ31B层组织呈细小的等轴晶,分布均匀;当拉伸速率为1mm/min时,TA1/AZ31B/TA1层状复合材料抗拉强度达到最大值359.469 MPa,比准静态(0.01mm/min)增加了30 MPa,提高了9.09%,但延伸率降低了8.471%,表明TA1/AZ31B/TA1层状复合材料是一种正应变速率敏感材料。

DIY

过完了二月份的春节长假，我们迎来崭新的3月。随着一年中第一个消费旺季的来临。IT渠道也会越来越景气。尤其去年步入大学校园的同学们，在适应了大学校园生活后，都会考虑购置一台电脑来满足日常的学习生活需求。这期的DIY栏目除了精彩的8600GT改造专题以及USB周边改造外，我们还为读者朋友们准备了6款配置及点评，有需求的用户不妨参考一下。

钛合金慢应变速率拉伸应力腐蚀行为研究

对TA31和TC4ELI两合金分别在干燥空气、3.5%NaCl环境下进行慢应变速率拉伸试验。结合应力-应变曲线以及断口宏观、微观组织分析两种材料的应力腐蚀敏感性。结果表明:在35℃、3.5%(w,下同)NaCl溶液、应变速率为10^(-6)/s条件下,TC4ELI合金应力腐蚀敏感性较高,在5×10^(-7)/s和5×10^(-6)/s的应变速率下应力腐蚀敏感性较低;TA31合金在上述3种应变速率下应力腐蚀敏感性均较低;在3.5%NaCl环境中,TA31合金断口形貌较空气中试验的断口形貌无明显的变化,TC4ELI则出现较明显的解理面。

TA1/AZ31B多层复合材料在等温压缩过程中的变形行为

采用等温压缩实验研究了在变形温度为573~723 K,应变速率范围为0.01~10 s-1,压下量30%~50%的条件下TA1/AZ31B多层复合材料的塑性变形行为并利用光学显微镜观察显微组织的变化。研究表明:TA1和AZ31B在压缩复合过程中均发生塑性变形,但是钛/镁多层复合材料各层的变形不同时且不均匀,AZ31B层的变形程度大于TA1层,且在变形过程中AZ31B层发生了动态再结晶。当应变速率为10 s-1时,中间TA1层出现颈缩和断裂。计算结果证明,Arrhenius本构方程可以准确预测TA1/AZ31B多层复合材料的流动应力行为,其平均绝对相对误差为3.976%,相关系数为0.991。此外,基于动态材料模型(DMM)理论建立了TA1/AZ31B多层复合材料在真应变为0.5下的加工图,确定最佳加工条件为723 K温度下,应变速率为0.01 s-1,此时最大功率耗散值为28%。同时,TA1/AZ31B多层复合材料的加工图中存在一个不稳定区域,即变形温度范围为573~692 K时应变速率范围为0.6~10 s-1。

TA2/3A21/AZ31B复合板界面表征及力学性能研究

通过爆炸焊接法制备TA2/3A21/AZ31B三层复合板,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和万能试验机对复合材料的界面、金相组织和力学性能进行测试与分析。实验结果表明:通过一次爆炸焊接制备的TA2/3A21/AZ31B复合材料,其抗拉强度约为303 MPa,屈服强度约为233 MPa,断后伸长率约为9.7%;在钛/铝界面与铝/镁界面均形成爆炸焊接特有的波状结构,界面处分别形成了厚度约5μm的Ti-Al扩散层和30μm的Al-Mg扩散层,其剪切强度分别为132.6 MPa和116.3 MPa。与TA2/AZ31B复合材料相比较,该复合材料的力学性能有较大提升。